啤酒發(fā)酵是啤酒生產(chǎn)過程非常重要的環(huán)節(jié)，特別是對發(fā)酵過程中溫度、壓力的控制尤其重要。早期，由于人們對發(fā)酵機(jī)理認(rèn)識不深，再加上采用控制器的限制，對發(fā)酵采取自動控制未能成功。隨著人們對發(fā)酵機(jī)理的逐步認(rèn)識，并隨著可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境器件的引用，對發(fā)酵采用自動控制逐漸取得成功。 系列產(chǎn)品，設(shè)計開發(fā)了發(fā)酵控制系統(tǒng)，并已成功地應(yīng)用于我公司現(xiàn)場。經(jīng)實際運行，該系統(tǒng)技術(shù)性能優(yōu)良，運行穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，對發(fā)酵控制取得成功。 1、 控制系統(tǒng)的組成與功能 根據(jù)啤酒發(fā)酵工藝，我們在發(fā)酵罐的上、中、下三段各設(shè)了冷卻盤管，管內(nèi)的冷媒采用酒精溶液，通過控制閥門的開啟來控制發(fā)酵溫度。其生產(chǎn)過程流程圖如圖1所示。 本系統(tǒng)上位機(jī)配置1臺586微型計算機(jī)和1臺打印機(jī)。下位機(jī)采用西門子S7-300可編程控制器，通過Profibus-DP總線接口與上位機(jī)相連，構(gòu)成整個監(jiān)控系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)圖2所示。 ① 對每個發(fā)酵罐的上、中、下3個測量點的溫度進(jìn)行檢測，實現(xiàn)自動控制，罐內(nèi)實行壓力檢測。整個發(fā)酵過程按照發(fā)酵機(jī)理，根據(jù)主酵→雙己酰還原→冷卻→酵母回收→后貯的階段，分別設(shè)定曲線進(jìn)行控制，并采用滯后預(yù)估等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求。 ② 上位計算機(jī)可以動態(tài)顯示每個發(fā)酵罐的工藝流程，即溫度、壓力、進(jìn)酒時間、酒齡及超限聲光報警等，以便對發(fā)酵罐進(jìn)行宏觀管理，并具有閥門的開關(guān)狀態(tài)顯示，閥門的手自動控制，實時報表打印等功能。 ③ 能監(jiān)視每個發(fā)酵罐的溫度、壓力周期曲線，當(dāng)累積酒齡達(dá)到時，自動出信號，以便人工確定是否執(zhí)行下步操作。 根據(jù)工藝要求設(shè)有操作員、工藝操作員及總工三級密碼，并對各工藝參數(shù)進(jìn)行保存及報表處理功能。保證了系統(tǒng)安全，強(qiáng)化了生產(chǎn)管理，為經(jīng)濟(jì)責(zé)任制的考核提供了依據(jù)。 啤酒發(fā)酵是內(nèi)部機(jī)理復(fù)雜的生化反應(yīng)。其反應(yīng)時間長，慣性大，不易控制，尤其是發(fā)酵罐三點溫度控制是關(guān)聯(lián)的，相互影響。我們從整體考慮，采用預(yù)估，時間PID以及模糊控制方式，按照設(shè)定的工藝控制曲線進(jìn)行監(jiān)測控制。 主酵階段的自支控制程序 當(dāng)冷卻的麥汁和酵母進(jìn)入發(fā)酵罐后，就開始進(jìn)入主酵階段。由于發(fā)酵是入熱反應(yīng)，溫度升高，產(chǎn)生大量的CO2，使發(fā)酵液產(chǎn)生強(qiáng)大的對流。在控制上應(yīng)t上 t中>t下。這樣控制冷卻閥門開啟的順序為TV上→TV中→TV下。 2.4 后貯階段的控制程序 當(dāng)酒酒液冷卻至-0.5℃左右時進(jìn)入后貯階段。在這個階段要使溫度盡量均衡，且使罐內(nèi)上中下溫度為t上=t中>t下。這主要是為了避免溫度回升，以免下面溫度高于中上部溫度，引起酒液對流，使酵母溶于酒液中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，也給濾酒增加困難。另外，低溫貯酒時應(yīng)控制閥門的開啟時間，不宜太長，以免結(jié)冰。 3、 結(jié)束語 該控制系統(tǒng)在現(xiàn)場運行了兩年多時間，實踐證明設(shè)計合理，性能可靠，組成系統(tǒng)靈活方便，控制品質(zhì)好，滿足工藝要求，提高了裝置的自動化控制水平，也大大減輕了員工的勞動強(qiáng)度，給我公司帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。